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Method Article
Ce protocole décrit la préparation détaillée et à faible entrée de l’échantillon pour le séquençage à noyau unique, y compris la dissection des ganglions cervicaux et stellaires supérieurs de souris, la dissociation cellulaire, la cryoconservation, l’isolement du noyau et le codage à barres hashtag.
Le système nerveux autonome cardiaque est crucial dans le contrôle de la fonction cardiaque, comme la fréquence cardiaque et la contractilité cardiaque, et est divisé en branches sympathiques et parasympathiques. Normalement, il y a un équilibre entre ces deux branches pour maintenir l’homéostasie. Cependant, les états pathologiques cardiaques tels que l’infarctus du myocarde, l’insuffisance cardiaque et l’hypertension peuvent induire le remodelage des cellules impliquées dans l’innervation cardiaque, ce qui est associé à un résultat clinique défavorable.
Bien qu’il existe de grandes quantités de données sur la structure histologique et la fonction du système nerveux autonome cardiaque, son architecture biologique moléculaire dans la santé et la maladie est encore énigmatique à bien des égards. De nouvelles technologies telles que le séquençage de l’ARN unicellulaire (scRNA-seq) sont prometteuses pour la caractérisation génétique des tissus à résolution unicellulaire. Cependant, la taille relativement grande des neurones peut entraver l’utilisation standardisée de ces techniques. Ici, ce protocole exploite le séquençage de l’ARN à noyau unique à base de gouttelettes (snRNA-seq), une méthode pour caractériser l’architecture biologique des neurones sympathiques cardiaques dans la santé et la maladie. Une approche par étapes est démontrée pour effectuer la séquence d’ARNN des ganglions cervicaux supérieurs bilatéraux (SCG) et stellaires (StG) disséqués à partir de souris adultes.
Cette méthode permet la conservation à long terme des échantillons, en maintenant une qualité d’ARN adéquate lorsque les échantillons de plusieurs individus / expériences ne peuvent pas être collectés tous en même temps dans un court laps de temps. Le codage à barres des noyaux avec des oligos de hashtag (HTO) permet de démultiplexer et de retracer des échantillons ganglionnaires distincts après le séquençage. Des analyses ultérieures ont révélé une capture réussie des noyaux des cellules neuronales, gliales satellites et endothéliales des ganglions sympathiques, validée par snRNA-seq. En résumé, ce protocole fournit une approche par étapes pour l’ARNN-seq des ganglions cardiaques extrinsèques sympathiques, une méthode qui a le potentiel d’une application plus large dans les études de l’innervation d’autres organes et tissus.
Le système nerveux autonome (SNA) est une partie cruciale du système nerveux périphérique qui maintient l’homéostasie du corps, y compris l’adaptation aux conditions environnementales et à la pathologie1. Il est impliqué dans la régulation de plusieurs systèmes d’organes dans tout le corps tels que les systèmes cardiovasculaire, respiratoire, digestif et endocrinien. Le SNA est divisé en branches sympathiques et parasympathiques. Les branches vertébrales du système nerveux sympathique synapsent dans les ganglions de la chaîne sympathique, situés bilatéralement en position paravertébrale. Les ganglions cervicaux et thoraciques bilatéraux, en particulier la StG, sont des composants importants participant à l’innervation sympathique cardiaque. Dans les états pathologiques, tels que l’ischémie cardiaque, un remodelage neuronal peut se produire, entraînant une surenchère sympathique2. Le remodelage neuronal a été démontré dans de multiples études histologiques chez l’homme et plusieurs autres espèces animales 3,4,5,6. Une caractérisation biologique détaillée du remodelage neuronal induit par l’ischémie cardiaque dans les ganglions sympathiques cardiaques fait actuellement défaut, et les caractéristiques biologiques fondamentales des types ou sous-types de cellules neuronales spécialisées dans le système nerveux sympathique cardiaque (SNS) ne sont pas encore entièrement déterminées dans la santé et la maladie7.
De nouvelles technologies, telles que scRNA-seq, ont ouvert des portes pour la caractérisation génétique de petits tissus au niveau 8,9 d’une seule cellule. Cependant, la taille relativement grande des neurones peut entraver l’utilisation optimisée de ces techniques unicellulaires chez l’homme10. En outre, le séquençage unicellulaire nécessite un débit élevé de cellules pour récupérer un nombre suffisant de cellules en raison d’une perte élevée dans le processus de séquençage. Cela peut s’avérer difficile lors de l’étude de petits tissus difficiles à capturer en une seule session et nécessitant plusieurs échantillons pour introduire suffisamment de cellules uniques pour le séquençage. La technologie snRNA-seq à base de gouttelettes récemment développée (c’est-à-dire la plate-forme 10x Chromium) permet d’étudier les différences biologiques entre les noyaux simples11,12. snRNA-seq détient un avantage sur scRNA-seq pour les grandes cellules (>30 μm), qui peuvent ne pas être capturés dans Gel Bead in Emulsions (GEM), ainsi qu’une compatibilité améliorée avec une dissociation étendue et / ou une conservation prolongée 13,14,15.
L’hétérogénéité, le nombre de cellules neuronales et d’autres cellules enrichies dans le SNS cardiaque sont des aspects importants pour la caractérisation du SNA dans les états de santé et de maladie. De plus, l’innervation spécifique à un organe ou à une région par chaque ganglion sympathique contribue à la complexité du SNS. De plus, il a été démontré que les ganglions cervicaux, stellaires et thoraciques de la chaîne sympathique innervent différentes régions du cœur16. Par conséquent, il est nécessaire d’effectuer une analyse mononucléaire des cellules ganglionnaires dérivées de ganglions individuels pour étudier leur architecture biologique.
Le snRNA-seq à base de gouttelettes permet un profilage d’expression à l’échelle du transcriptome pour un pool de milliers de cellules provenant de plusieurs échantillons à la fois avec des coûts inférieurs à ceux des plates-formes de séquençage sur plaques. Cette approche permet aux snRNA-seq à base de gouttelettes d’être plus adaptés à la classification du phénotype cellulaire et à l’identification de nouvelles sous-populations de cellules au sein du SCG et du StG. Notamment, ce protocole fournit une approche concise par étapes pour l’identification, l’isolement et le séquençage de l’ARN mononuclé des ganglions cardiaques extrinsèques sympathiques, une méthode qui a le potentiel d’une large application dans les études de la caractérisation des ganglions innervant d’autres organes et tissus apparentés dans la santé et la maladie.
Ce protocole décrit toutes les étapes requises pour le séquençage de l’ARNn des ganglions murins cervicaux et/ou cervicothoraciques (stellaires). Des souris femelles et mâles C57BL/6J (âgées de 15 semaines, n = 2 pour chaque sexe) ont été utilisées. Une souris Wnt1-Cre;mT/mG supplémentaire a été utilisée pour visualiser les ganglions à des fins de dissection17,18. Cette souris supplémentaire a été générée par le croisement d’une souris B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J et d’une souris B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J. Toutes les expériences sur les animaux ont été effectuées conformément au Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire publié par les NIH et approuvé par le Comité d’éthique animale de l’Université de Leiden (numéro de licence AVD1160020185325, Leiden, Pays-Bas). Consultez le Tableau des matériaux pour plus de détails concernant tous les matériaux, équipements, logiciels et animaux utilisés dans le protocole.
1. Préparatifs
REMARQUE : Toutes les étapes sont effectuées dans une armoire de flux de culture cellulaire.
2. Dissection des ganglions cervicaux supérieurs de souris adultes (SCG)
3. Dissection des ganglions stellaires de souris adultes (StG)
4. Isolement et cryoconservation des cellules ganglionnaires de souris
Les étapes 4 à 6 sont résumées à la figure 2.
5. Isolement du noyau
REMARQUE: Le SCG gauche et droit isolé à partir de quatre souris (au total 8 échantillons) a été utilisé comme exemple dans la préparation suivante de l’isolement et du séquençage du noyau. Gardez tout sur la glace pendant toute la procédure. En raison de l’invisibilité des petites pastilles de noyau, une centrifugeuse avec des seaux oscillants est fortement recommandée pour faciliter l’élimination des surnageants tout au long de la procédure.
6. Codage à barres du noyau avec hashtag oligos (HTOs) et multiplexage
REMARQUE: Les étapes de coloration HTO ont été modifiées et optimisées pour le marquage nucléaire de très faibles quantités de noyaux (ganglionnaires) selon l’application précédente dans le tissu cortical par Gaublomme et al.15.
Analyse du contrôle de la qualité de la préparation de la bibliothèque d’ADNc à noyau unique et de la formation d’ARNN
Les résultats représentatifs décrivent les résultats de séquençage de 10 000 noyaux capturés dans un seul pool avec une bibliothèque de 25 000 lectures/expression génique du noyau et une bibliothèque de hashtags de 5 000 lectures/noyau. La figure 3B illustre les résultats du contrôle de la qualité de la bibliothèque d’ADNc, d’ex...
Ici, un protocole détaillé est décrit qui se concentre sur i) la dissection des ganglions cervicaux et sympathiques stellaires supérieurs de souris adultes, ii) l’isolement et la cryoconservation des cellules ganglionnaires, iii) l’isolement du noyau et iv) le codage à barres du noyau avec marquage HTO à des fins de multiplexage et de séquençage de l’ARNN.
Avec ce protocole, les cellules ganglionnaires sympathiques peuvent facilement être obtenues en dissociant les ganglions ind...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Nous remercions Susan L. Kloet (Département de génétique humaine, LUMC, Leiden, Pays-Bas) pour son aide dans la conception expérimentale et ses discussions utiles. Nous remercions Emile J. de Meijer (Département de génétique humaine, LUMC, Leiden, Pays-Bas) pour son aide à l’isolement de l’ARN mononuclé et à la préparation de la bibliothèque pour le séquençage. Ce travail est soutenu par l’Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique (NWO) [016.196.346 à M.R.M.J.].
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Chemicals and reagents | |||
0.25% Trypsin-EDTA | Thermo Fisher Scientific | 25200056 | |
0.4% trypan blue dye | Bio-Rad | 1450021 | |
Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240096 | |
B-27 | Gibco | A3582801 | |
Collagenase type 2 | Worthington | LS004176 | use 1,400 U/mL |
Dimethyl sulfoxide | Sigma Aldrich | 67685 | |
Ethanol absolute ≥99.5% | VWR | VWRC83813.360 | |
Fetal bovine serum (low endotoxin) | Biowest | S1810-500 | |
L-glutamine | Thermo Fisher Scientific | 25030024 | |
Neurobasal Medium | Gibco | 21103049 | |
Bovine Serum Albumin 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | Cell wash buffer |
DPBS (Ca2+, Mg2+free) | Gibco | 14190-169 | Cell wash buffer |
Magnesium Chloride Solution, 1 M | Sigma-Aldrich | M1028 | Nucleus Lysis buffer |
Nonidet P40 Substitute (nonionic detergent) | Sigma-Aldrich | 74385 | Nucleus Lysis buffer |
Nuclease free water (not DEPC-treated) | Invitrogen | AM9937 | Nucleus Lysis buffer |
Protector RNase Inhibitor, 40 U/µL | Sigma-Aldrich | 3335399001 | Nucleus Lysis buffer |
Sodium Chloride Solution, 5 M | Sigma-Aldrich | 59222C | Nucleus Lysis buffer |
Trizma Hydrochloride Solution, 1 M, pH 7.4 | Sigma-Aldrich | T2194 | Nucleus Lysis buffer |
Bovine Serum Albumin 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | Nucleus wash |
DPBS (Ca2+, Mg2+free) | Gibco | 14190-169 | Nucleus wash |
Protector RNase Inhibitor,40 U/µL | Sigma-Aldrich | 3335399001 | Nucleus wash |
Bovine Serum Albumin 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | ST staining buffer (ST-SB) |
Calcium chloride solution, 1 M | Sigma-Aldrich | 21115-100ML | ST staining buffer (ST-SB) |
Magnesium Chloride Solution, 1 M | Sigma-Aldrich | M1028 | ST staining buffer (ST-SB) |
Nuclease free water (not DEPC treated) | Invitrogen | AM9937 | ST staining buffer (ST-SB) |
Sodium Chloride Solution, 5M | Sigma-Aldrich | 59222C | ST staining buffer (ST-SB) |
Trizma Hydrochloride Solution, 1M, pH 7.4 | Sigma-Aldrich | T2194 | ST staining buffer (ST-SB) |
Tween-20 | Merck Millipore | 822184 | ST staining buffer (ST-SB) |
TotalSeq-A0451 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 1 Antibody | Biolegend | 682205 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0452 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 2 Antibody | Biolegend | 682207 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0453 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 3 Antibody | Biolegend | 682209 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0461 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 11 Antibody | Biolegend | 682225 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0462 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 12 Antibody | Biolegend | 682227 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0463 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 13 Antibody | Biolegend | 682229 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0464 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 14 Antibody | Biolegend | 682231 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0465 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 15 Antibody | Biolegend | 682233 | Hashtag antibody |
TruStain FcX (human) | Biolegend | 422302 | FC receptor blocking solution |
Equipment and consumables | |||
Bright-Line Hemacytometer | Merck | Z359629-1EA | |
Centrifuge 5702/R A-4-38 | Eppendorf | EP022629905 | |
CoolCell LX Cell Freezing Container | Corning | CLS432003-1EA | |
Cryovial | Thermo Scientific | 479-6840 | |
DNA LoBind 0.5 mL Eppendorf tube | Eppendorf | EP0030108035-250EA | |
Eppendorf Safe-Lock Tubes 1.5 mL | Eppendorf | 30121872 | |
Falcon 35 mm Not TC-treated Petri dish | Corning | 351008 | |
Falcon 15 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher scientific | 10773501 | |
Forceps Dumont #5 | Fine science tools | 11252-40 | |
Hardened Fine Scissors | Fine science tools | 14091-09 | |
Ice Pan, rectangular 4 L Orange | Corning | CLS432106-1EA | |
Leica MS5 | Leica | Microscope | |
Moria MC50 Scissors | Fine science tools | 15370-50 | |
Noyes Spring Scissors | Fine science tools | 15012-12 | |
Olympus CK2 ULWCD | Olympus | Microscope | |
P10 | Gilson | F144802 | |
P1000 | Gilson | F123602 | |
P200 | Gilson | F123601 | |
Preseparation Filters (30 µm) | Miltenyi biotec | Miltenyi biotec130-041-407 | |
Shaking water bath | GFL | 1083 | |
Silicon plate | RubberBV | 3530 | Dissection board |
Software and packages | |||
Cell ranger | V4.0.0 | ||
R programming | V4.1.1 | ||
R sudio | V1.3.1073 | ||
Seurat | V4.0 | ||
tydiverse | V1.3.1 | ||
Animals | |||
B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J mouse | The Jackson Laboratory | JAX stock #022501 | |
B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J mouse | The Jackson Laboratory | JAX stock #007576 | |
C57BL/6J mice | Charles River | ||
Code for the data analysis | |||
https://github.com/rubenmethorst/Single-cell-SCG_JoVE |
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